Kiểm soát độ sáng LED

Trong một số trường hợp, ví dụ, trong đèn pin hoặc thiết bị chiếu sáng gia đình, cần phải điều chỉnh độ sáng của ánh sáng. Có vẻ như nó dễ dàng hơn: chỉ cần thay đổi dòng điện thông qua đèn LED, tăng hoặc giảm điện trở giới hạn điện trở. Nhưng trong trường hợp này, một phần năng lượng đáng kể sẽ được sử dụng cho điện trở giới hạn, điều này hoàn toàn không thể chấp nhận được với việc cung cấp năng lượng tự trị từ pin hoặc ắc quy.

Ngoài ra, màu sắc của đèn LED sẽ thay đổi: ví dụ: màu trắng khi dòng điện thấp hơn danh nghĩa (đối với hầu hết các đèn LED 20mA) sẽ có tông màu hơi xanh. Thay đổi màu sắc như vậy trong một số trường hợp là hoàn toàn vô dụng. Hãy tưởng tượng rằng các đèn LED này chiếu sáng màn hình của TV hoặc màn hình máy tính.

Nguyên lý của PWM - quy định

Trong những trường hợp này, áp dụng PWM - quy định (độ rộng xung). Ý nghĩa của nó là Đèn LED định kỳ sáng lên và đi ra ngoài. Đồng thời, dòng điện vẫn là danh nghĩa trong toàn bộ thời gian flash, do đó, phổ của ánh sáng không bị biến dạng. Nếu đèn LED màu trắng, thì màu xanh lục sẽ không xuất hiện.

Ngoài ra, với phương pháp điều khiển công suất này, tổn thất năng lượng là tối thiểu, hiệu quả của các mạch điều khiển PWM rất cao, đạt hơn 90%.

Nguyên lý điều khiển PWM khá đơn giản và được thể hiện trong Hình 1. Một tỷ lệ khác nhau về thời gian của trạng thái sáng và tắt trong mắt được coi là độ sáng khác nhau: giống như trong một bộ phim - các khung hình xen kẽ được hiển thị riêng biệt được coi là một hình ảnh chuyển động. Tất cả phụ thuộc vào tần số của phép chiếu, sẽ được thảo luận sau.

Hình 1. Nguyên tắc điều chỉnh PWM

Hình vẽ cho thấy các sơ đồ tín hiệu ở đầu ra của thiết bị điều khiển PWM (hoặc bộ tạo dao động chính). Không và một được chỉ định bởi mức logic: một đơn vị logic (mức cao) làm cho đèn LED phát sáng, số 0 logic (mức thấp), tương ứng, tuyệt chủng.

Mặc dù mọi thứ có thể là cách khác, vì mọi thứ phụ thuộc vào mạch của phím đầu ra, đèn LED có thể được bật thấp và tắt, chỉ cao. Trong trường hợp này, đơn vị logic vật lý sẽ có mức điện áp thấp và số 0 logic sẽ cao.

Nói cách khác, một đơn vị logic gây ra sự bao gồm của một số sự kiện hoặc quá trình (trong trường hợp của chúng tôi, đèn LED chiếu sáng) và số 0 logic sẽ vô hiệu hóa quá trình này. Đó là, không phải lúc nào mức cao ở đầu ra của một vi mạch kỹ thuật số là một đơn vị LOGIC, tất cả phụ thuộc vào cách xây dựng một mạch cụ thể. Đây là thông tin. Nhưng hiện tại, chúng tôi giả định rằng khóa được kiểm soát ở mức cao và đơn giản là không thể khác được.

Tần số và độ rộng của xung điều khiển

Cần lưu ý rằng thời gian lặp lại xung (hoặc tần số) không thay đổi. Nhưng, nói chung, tần số xung không ảnh hưởng đến độ sáng của ánh sáng, do đó, không có yêu cầu đặc biệt nào cho sự ổn định của tần số. Chỉ có thời lượng (WIDTH), trong trường hợp này, của một xung dương thay đổi, do đó toàn bộ cơ chế điều chế độ rộng xung hoạt động.

Thời lượng của các xung điều khiển trong Hình 1 được biểu thị bằng %%. Đây được gọi là "hệ số lấp đầy" hoặc, theo thuật ngữ tiếng Anh, DUTY CYCLE. Nó được biểu thị bằng tỷ lệ giữa thời lượng của xung điều khiển với thời gian lặp lại xung.

Trong thuật ngữ tiếng Nga thường được sử dụng "Chu kỳ nhiệm vụ" - tỷ lệ của chu kỳ với xung thời giana. Như vậy, nếu hệ số lấp đầy là 50% thì chu kỳ thuế sẽ là 2.Do đó, không có sự khác biệt cơ bản nào ở đây, do đó, bạn có thể sử dụng bất kỳ giá trị nào trong số này, mà nó thuận tiện và dễ hiểu hơn.

Tất nhiên, ở đây, người ta có thể đưa ra các công thức để tính toán chu kỳ thuế và DUTY CYCLE, nhưng để không làm phức tạp bài thuyết trình, chúng tôi sẽ làm mà không có công thức. Trong trường hợp cực đoan, luật Ohm. Không có gì để làm: "Bạn không biết luật Ohm, hãy ở nhà!" Nếu bất cứ ai quan tâm đến các công thức này, thì chúng luôn có thể được tìm thấy trên Internet.

Tần số PWM cho dimmer

Như đã đề cập ở trên, không có yêu cầu đặc biệt nào được đặt ra đối với sự ổn định của tần số xung PWM: tốt, nó nổi lên một chút, và ổn. Nhân tiện, tần số không ổn định như vậy là khá lớn, bộ điều khiển PWM có dựa trên bộ đếm thời gian tích hợp NE555điều đó không can thiệp vào việc sử dụng chúng trong nhiều thiết kế. Trong trường hợp này, điều quan trọng là tần số này không giảm xuống dưới một giá trị nhất định.

Và tần số nên là bao nhiêu, và nó có thể không ổn định như thế nào? Đừng quên rằng chúng ta đang nói về điều chỉnh độ sáng. Trong công nghệ phim, thuật ngữ "tần số nhấp nháy quan trọng" tồn tại. Đây là tần số mà các hình ảnh riêng lẻ được hiển thị lần lượt được xem là một hình ảnh chuyển động. Đối với mắt người, tần số này là 48Hz.

Chính vì lý do này mà tần suất quay trên phim là 24 khung hình / giây (tiêu chuẩn truyền hình 25 khung hình / giây). Để tăng tần số này tới mức quan trọng, máy chiếu phim sử dụng bộ khử nhiễu hai lưỡi (màn trập) hai lần chồng lên nhau cho mỗi khung hình được hiển thị.

Trong máy chiếu 8 mm phim nghiệp dư, tần số chiếu là 16 khung hình / giây, do đó màn trập có tới ba lưỡi. Mục đích tương tự trong truyền hình được phục vụ bởi thực tế là hình ảnh được hiển thị trong một nửa khung hình: đầu tiên là chẵn và sau đó là các dòng lẻ của hình ảnh. Kết quả là tần số nhấp nháy 50Hz.

Hoạt động của đèn LED ở chế độ PWM là đèn flash riêng biệt có thời lượng điều chỉnh. Để các đèn flash này được mắt cảm nhận như một ánh sáng liên tục, tần số của chúng phải không kém phần quan trọng. Nhiều như bạn muốn, nhưng không phải trong bất kỳ cách nào dưới đây. Yếu tố này cần được xem xét khi tạo PWM - bộ điều chỉnh cho đồ đạc.

Nhân tiện, giống như một sự thật thú vị: bằng cách nào đó, các nhà khoa học xác định rằng tần số tới hạn của mắt ong là 800Hz. Do đó, con ong xem bộ phim trên màn hình là một chuỗi các hình ảnh riêng lẻ. Để cô ấy nhìn thấy một hình ảnh chuyển động, tần số chiếu sẽ cần phải tăng lên tám trăm nửa khung hình mỗi giây!

Sơ đồ chức năng của bộ điều khiển PWM

Để điều khiển đèn LED thực tế được sử dụng giai đoạn quan trọng của bóng bán dẫn. Gần đây, được sử dụng rộng rãi nhất cho mục đích này bóng bán dẫn mosfet, cho phép bạn đi lại sức mạnh đáng kể (việc sử dụng các bóng bán dẫn lưỡng cực thông thường cho các mục đích này được coi là không đơn giản).

Nhu cầu như vậy (một bóng bán dẫn MOSFET mạnh mẽ) phát sinh với một số lượng lớn đèn LED, ví dụ, với sử dụng dải LED, sẽ được thảo luận sau. Nếu nguồn điện yếu - khi sử dụng một - hai đèn LED, bạn có thể sử dụng các phím ở mức năng lượng thấp bóng bán dẫn lưỡng cựcvà nếu có thể, hãy kết nối đèn LED trực tiếp với đầu ra của vi mạch.

Hình 2 cho thấy sơ đồ chức năng của bộ điều khiển PWM. Là một yếu tố điều khiển, điện trở R2 được quy ước trong sơ đồ. Bằng cách xoay tay cầm của nó, có thể thay đổi chu kỳ làm việc của các xung điều khiển trong giới hạn yêu cầu và do đó, độ sáng của đèn LED.

Hình 2. Sơ đồ chức năng của bộ điều khiển PWM

Hình trên cho thấy ba chuỗi đèn LED nối tiếp với các điện trở giới hạn. Khoảng kết nối tương tự được sử dụng trong dải LED. Băng càng dài, đèn LED càng nhiều, mức tiêu thụ hiện tại càng lớn.

Đó là trong những trường hợp mạnh mẽ bộ điều chỉnh trên bóng bán dẫn MOSFET, dòng thoát cho phép nên lớn hơn một chút so với dòng tiêu thụ của băng. Yêu cầu thứ hai được đáp ứng khá dễ dàng: ví dụ, bóng bán dẫn IRL2505 có dòng thoát khoảng 100A, điện áp thoát 55V, trong khi kích thước và giá của nó đủ hấp dẫn để sử dụng trong các thiết kế khác nhau.

Bộ dao động chủ PWM

Một bộ vi điều khiển (thường xuyên nhất trong điều kiện công nghiệp), hoặc một mạch được chế tạo trên các vi mạch có mức độ tích hợp nhỏ, có thể được sử dụng như một bộ tạo dao động chính. Nếu ở nhà, nó được cho là sản xuất một lượng nhỏ bộ điều chỉnh PWM, nhưng không có kinh nghiệm trong việc tạo ra các thiết bị vi điều khiển, thì tốt hơn là tạo một bộ điều chỉnh trên những gì hiện có trong tay.

Đây có thể là dòng chip logic K561, bộ hẹn giờ tích hợp NE555cũng như các vi mạch chuyên dụng được thiết kế cho chuyển đổi nguồn cung cấp năng lượng. Trong vai trò này, bạn thậm chí có thể làm việc khuếch đại hoạt độngđã lắp ráp một máy phát điện có thể điều chỉnh trên nó, nhưng có lẽ, đây là tình yêu dành cho nghệ thuật. Do đó, chỉ có hai mạch sẽ được xem xét dưới đây: phổ biến nhất trên bộ định thời 555 và trên bộ điều khiển UPS UC3843.

Sơ đồ của bộ dao động chủ trên bộ định thời 555

Hình 3. Sơ đồ bộ tạo dao động chủ

Mạch này là một máy phát sóng vuông thông thường có tần số được đặt bởi tụ C1. Các tụ điện được sạc thông qua mạch "Đầu ra - R2 - RP1-C1 - dây chung". Trong trường hợp này, đầu ra phải có điện áp cao, tương đương với thực tế là đầu ra được kết nối với cực cộng của nguồn điện.

Tụ điện được phóng điện dọc theo mạch "C1 - VD2 - R2 - Đầu ra - dây chung" tại thời điểm có điện áp thấp ở đầu ra, - đầu ra được kết nối với một dây chung. Sự khác biệt này trong các đường dẫn của điện tích - sự phóng điện của tụ điện cài đặt thời gian - cung cấp các xung có chiều rộng có thể điều chỉnh.

Cần lưu ý rằng điốt, thậm chí cùng loại, có các tham số khác nhau. Trong trường hợp này, điện dung của chúng đóng một vai trò, nó thay đổi dưới ảnh hưởng của điện áp trên điốt. Do đó, cùng với sự thay đổi trong chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu đầu ra, tần số của nó cũng thay đổi.

Điều chính là nó không trở nên ít hơn tần số quan trọng, đã được đề cập ở trên. Mặt khác, thay vì phát sáng đồng đều với độ sáng khác nhau, các đèn flash riêng lẻ sẽ hiển thị.

Khoảng (một lần nữa, các điốt là để đổ lỗi), tần số của máy phát có thể được xác định theo công thức hiển thị dưới đây.

Tần số của máy phát PWM trên bộ định thời 555.

Nếu chúng ta thay thế điện dung tụ điện trong farads trong công thức, điện trở trong Ohms, thì kết quả sẽ là Hz Hz: bạn có thể nhận được bất cứ nơi nào từ hệ thống SI! Điều này được hiểu rằng động cơ RP1 biến trở ở vị trí chính giữa (trong công thức RP1 / 2), tương ứng với tín hiệu đầu ra của hình dạng uốn khúc. Trong Hình 2, đây chính xác là phần được chỉ định thời lượng xung 50%, tương đương với tín hiệu có chu kỳ nhiệm vụ là 2.

Bộ tạo dao động chính trên chip UC3843

Mạch của nó được hiển thị trong Hình 4.

Hình 4. Sơ đồ bộ tạo dao động chủ PWM trên chip UC3843

Chip UC3843 là bộ điều khiển điều khiển PWM để chuyển đổi nguồn điện và được sử dụng, ví dụ, trong các nguồn máy tính định dạng ATX. Trong trường hợp này, sơ đồ điển hình của sự bao gồm của nó được thay đổi một chút theo hướng đơn giản hóa. Để kiểm soát độ rộng của xung đầu ra, một điện áp điều chỉnh có cực dương được đưa vào đầu vào của mạch, sau đó tín hiệu PWM được điều chế độ rộng xung được phát ra.

Trong trường hợp đơn giản nhất, điện áp điều chỉnh có thể được áp dụng bằng cách sử dụng một điện trở thay đổi có điện trở 22 ... 100K. Nếu cần thiết, có thể thu được điện áp điều khiển, ví dụ, từ một cảm biến ánh sáng tương tự được tạo ra trên một quang điện trở: cửa sổ càng tối, căn phòng càng sáng.

Điện áp điều khiển tác động lên đầu ra PWM, do đó khi giảm, độ rộng của xung đầu ra tăng, điều này không có gì đáng ngạc nhiên.Rốt cuộc, mục đích ban đầu của chip UC3843 là ổn định điện áp của nguồn điện: nếu điện áp đầu ra giảm và với nó là điện áp điều chỉnh, thì bạn cần phải thực hiện các biện pháp (tăng độ rộng của xung đầu ra) để tăng nhẹ điện áp đầu ra.

Điện áp quy định trong các nguồn cung cấp được tạo ra, như một quy luật, sử dụng điốt zener. Thường xuyên nhất là TL431 hoặc tương tự.

Với các giá trị của các bộ phận được biểu thị trên sơ đồ, tần số máy phát là khoảng 1 KHz, và không giống như máy phát trên bộ định thời 555, nó không bị trôi nổi khi chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu đầu ra thay đổi - liên quan đến tần số của nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi.

Để điều chỉnh công suất đáng kể, ví dụ, một dải đèn LED, giai đoạn quan trọng trên bóng bán dẫn MOSFET phải được kết nối với đầu ra, như trong Hình 2.

Có thể nói nhiều hơn về các bộ điều chỉnh PWM, nhưng bây giờ chúng ta hãy nghiên cứu vấn đề này, và trong bài viết tiếp theo, chúng tôi sẽ xem xét các cách khác nhau để kết nối đèn LED. Xét cho cùng, không phải tất cả các phương pháp đều tốt như nhau, có những phương pháp nên tránh và chỉ có đủ lỗi khi kết nối đèn LED.

Tiếp tục bài viết:Mẫu dây LED tốt và xấu

Boris Aladyshkin

Comments

[#1]

Cảm ơn thông tin. Rất hữu ích và có liên quan.

[#2]

Nó tốt hơn để điều chỉnh đèn nền của màn hình mà không cần PWM. Và điều gì sẽ thay đổi sắc thái - nó có thể được điều chỉnh bằng ma trận, nó tốt hơn là làm hỏng tầm nhìn với PWM.

[#3]

Vâng, điều này thật thú vị, chỉ trong một số trường hợp, BP bắt đầu chuyển sang hát sing. Hơn nữa, ở mức tối đa và tối thiểu, hầu như không "hát", và ở vị trí giữa có những trường hợp đã bịt tai. Những người thông minh mà chúng tôi chỉ khuyên, nên đặt các tụ điện mạnh ở đầu ra, tăng tiết diện của dây dẫn, cung cấp năng lượng hiệu quả hơn, bọc một cuộn cảm tốt, đặt bộ lọc ở đầu ra PWM - đến một nơi, khi nó rít lên và rít lên. Bằng cách nào đó, có một dự án mà khách hàng muốn trên nhịp, khoảng 30 mét, để tạo ra 3 vùng đèn nền được điều khiển độc lập với nhau, và khối điều chỉnh sẽ nằm trong bảng điện và trên tín hiệu cặp xoắn sẽ đến bảng điều khiển PWM ở mỗi bảng Đèn LED, trên bảng có một microwitch đôi đặt phần thuộc về vùng mong muốn. Mỗi đèn có một đơn vị cung cấp năng lượng riêng (Nghĩa là S 250-12). Mạch được điều khiển từ một bộ điều khiển chung, các vùng được chuyển đổi và mỗi vùng có mức độ chiếu sáng riêng, và vì vậy, khi chúng tôi bật nó, không phải là không thể trong phòng, nhưng tôi muốn thoát khỏi đó. Tiếng rít tần số cao là không thoải mái khi ở trong một căn phòng trống. Khi chúng tôi "làm căng" nhà phát triển của mình, anh ấy chỉ giải quyết vấn đề lần thứ ba, có thể nói là "thạch anh", và tăng tần số xung nhịp của các bộ điều khiển trong mỗi đèn. Và rồi, khi bà ngoại thì thầm, im lặng và sợ hãi. Nhưng tôi đã tự lắp ráp các bảng mạch 555 và mua những cái đã làm sẵn và trong các tình huống khác nhau, hành xử khác nhau bất kể công suất tải và nhà sản xuất của PSU, một số tiếng rít, những người khác thì không. Vì vậy, nếu ai đó có kinh nghiệm trong việc giải quyết vấn đề này, sẽ rất thú vị khi nghe ý kiến.

[#4]

Cảm ơn bạn